Главное меню

Строительство на вечномерзлых грунтах


Особенности строительства и проектирования в условиях вечной мерзлоты

Автор: Шафигуллина Лейсан, Студентка инженерно-строительного факультета Казанского (Приволжского) федерального университета (филиал в г. Наб. Челны)

Территории вечной мерзлоты, как и каждая природно-климатическая особенна по-своему. Но это не означает, что там нельзя строить здания и сооружения. Это возможно при любых климатических условиях. Всего на всего нужно соблюдать определенные требования к строительству и проектированию. И тогда любое здание будет функционировать на том же уровне что и в умеренных широтах.

Какие же требования нужно выполнят при строительстве и проектирование зданий в условиях вечной мерзлоты? По строительным нормам принято выделять два принципа проектирования и строительства в условиях вечной мерзлоты.

По 1 принципу – в основании зданий и сооружений сохраняется вечномерзлое состояние грунтов, как в процессе строительства, так и в течение всего периода эксплуатации.

По 2 принципу – перед строительством грунты предварительно оттаивают или используют грунты, оттаивающие в период эксплуатации. В этом случае вечная мерзлота грунтов не сохраняется.

Что касается сохранения вечномерзлого состояния грунтов, то можно применить следующие приемы…

1. Возводить здание на подсыпках (рис. 14.6,а) и обеспечить теплоизоляцию поверхности и грунта (рис. 14.6,б). Этот прием рассчитан на охлаждение массива грунта основания с боков. В случае если такое охлаждение окажется недостаточным, то массив грунта будет постепенно прогреваться и начнется оттаивание грунтов в основании.

2. Устройство вентилируемых подполий (рис. 14.6,в). Используется при строительстве и проектирование жилых, общественных и промышленных зданий. В этом случае уменьшается застаивание воды подполье.

3. Расположение на 1 этаже неотапливаемых помещений (рис. 14.6,г), что тоже выполняет роль вентилируемого подполья. Для интенсивного охлаждения стены 1 этажа из теплопроводных материалов, а окна – с одинарным остеклением.

4. Устройство под полом вентиляционных каналов (рис. 14.6,д), а в местах выделения большого количества тепла в грунт в результате технологических процессов применять искусственное охлаждение грунтов (рис. 14.6,е) саморегулирующими колонками или специальными холодильниками установками с замораживающими колонками.

5. Устройство свайных фундаментов или фундаментов глубокого заложения, врезаемых в вечномерзлый грунт ниже глубины возможного оттаивания его под зданием. При этом укладка теплоизоляции под полом отапливаемого здания существенно уменьшает глубину оттаивания.

А что касается 2 принципа, то при проектировании и строительстве фундаментов оттаивание грунтов в основании допускается как после возведения здания, так и перед устройством фундаментов при инженерной подготовке территории под застройку.

Нужно учитывать дополнительные просадки фундаментов во время эксплуатации. Поэтому следует возводить здания малочувствительных конструкций. А в некоторых случаях следует регулировать и сам процесс оттаивания.

При проведении бетонных и каменных работ нужно выполнять специальные требования…

Укладка бетона должна производиться на основание, состояние которого полностью исключает замерзание смеси по линии стыка с ним, а также возможность деформаций из-за пучинистости грунтов. С этими целями основание участка бетонирования нагревается до достижения им положительной температуры, а после укладки смеси сохраняется от промерзания до тех пор, пока бетон не наберет критическую прочность.

Непосредственно перед началом работ по бетонированию опалубка и арматура чистятся от наледи и снежных масс. Если диаметр арматуры превышает 25 мм, либо она выполнена из жесткого профилированного проката или содержит металлические закладные элементы значительного размера, то в условиях отрицательных температур менее -10оС следует нагреть арматуру.

Процессы бетонирования в условиях отрицательных температур производятся быстро и непрерывно – каждый нижерасположенный слой бетона следует перекрыть новым прежде, чем его температура упадет ниже расчетной.

Современные технологии выполнения бетонных работ в условиях вечной мерзлоты позволяют достичь высокого качества строительных конструкций при оптимальном уровне затрат. Условно они делятся на три группы:

В зависимости от ситуации на строительной площадке, приведенные способы выдерживания бетона при низких температурах можно использовать комбинационно. Окончательный выбор в пользу одной из технологий строится на типе конструкций и ее габаритах, на виде бетона, его составе и проектной прочности, которую он должен набрать, местных климатических условий на момент производства работ, энергетических возможностей на строительном объекте и т.д.

Применяют специальные химические добавки. Некоторые химикаты – поташ К2СО3, хлористый кальций CaCl, нитрат натрия NaNO3 и пр. – будучи введенными в состав бетона в небольшом объеме, как правило, не более 2% от количества цемента, повышают скорость твердения бетона на начальном этапе выдерживания. Химические добавки также обеспечивают смещение точки замерзания воды до -3оС, что позволяет нарастить сроки остывания бетона и тем самым обеспечить ему больший набор прочности.

Составление бетонных смесей, включающих в себя химические добавки, выполняется с использованием горячей воды и нагретых зернах наполнителя. При извлечении из смесителя такой бетон обычно имеет температуру от 25 до 35оС, непосредственно перед укладкой его температура падает до примерно 20оС. Укладку в конструкции химически модифицированных бетонов осуществляют при внешней температуре воздуха от -15 до -20оС, после размещения в утепленной опалубке сверху настилается один-два слоя теплоизоляции. Отвердение бетонной конструкции происходит за счет эффекта «термоса» при одновременном действии дозированных химических компонентов. Технология «термосного» бетонирования наряду с использованием химикатов проста и относительно недорога.

В итоге, можно сказать, что здания и сооружения можно построить при любых климатических условиях, только следует применять нужные меры и соблюдать нормы и правила проектирования и эксплуатации зданий и сооружений.

Б. Принципы строительства на вечномерзлых грунтах — Студопедия

Из каждого опыта определяется коэффициент Просадочности

А. Механические свойства мерзлых грунтов

Фундаменты в районах распространения вечномерзлых грунтов

Характерной особенностью вечномерзлых грунтов является то, что их свойства существенно зависят не только от вещественного состава и влажности , но и от их температуры, так как при оттаивании мерзлых грунтов может наблюдаться склонность к просадочности и разжижению, а при промораживании – морозное пучение.

В таком случае, прогноз температурного режима оснований в условиях вечной мерзлоты имеет первостепенное значение.

Изучение сжимаемости мерзлых грунтов при оттаивании обычно производится в одометрах, оборудованных нагревательной аппаратурой. Образец помещается в прибор, дается вертикальная нагрузка p1 (участок аб, рис. 15.2). Затем образец нагревают и происходит его оттаивание при p1=const, что ведет к разрушению цементационных связей (так как вода переходит в жидкое состояние) и грунт может значительно уплотнится (бв – рис 15.2). Деформация имеет просадочный характер. После стабилизации просадочной деформации при оттаивании образец нагружается ступенчато-возрастающей нагрузкой, что характеризуется сжимаемостью оттаивающего грунта (вг – рис. 15.2). Серия испытаний проводится при различных значениях начального обжатия p1.


Рис. 15.2. Зависимости деформаций образца оттаивающего грунта (а) и коэффициента просадочности (б) от нормального давления

После чего строится график зависимости этого коэффициента от внешней нагрузки (p). Зависимость .

Имеет практически линейный характер и описывается уравнением

, где

соответственно коэффициенты оттаивания и сжимаемости, которые являются основными расчетными характеристиками при вычислении осадок оттаивающих оснований.

Итак, осадка оттаявшего грунта складывается из двух частей: осадки оттаивания, не зависящей от нагрузки и характеризуемой коэффициентом , и осадки уплотнения, пропорциональной нагрузке и характеризуемой коэффициентом .

Существует два принципа строительства на вечномерзлых грунтах:

I принцип – вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраненном в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

II принцип – в качестве оснований знаний и сооружений используются предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие в период эксплуатации сооружения.


I принцип применяется в тех случаях, когда расчетные деформации основания в предположении его оттаивания превышают предельное их не удается привести в нормальное состояние конструктивными мерами или улучшением строительных свойств основания. Принцип эффективен, когда грунты находятся в твердомерзлом состоянии и такое состояние может быть сохранено при экономически разумных затратах.

II принцип рекомендуется применять при неглубоком расположении (залегании) скальных грунтов, а также при малосжимаемых мерзлых грунтах при оттаивании (плотные крупнообломочные грунты и пески, пылевато-глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции).

Ø При строительстве по I-му принципу для сохранения вечномерзлого состояния оснований используются различные методы.(рис.)

Рис.15.3. Мероприятия для сохранения вено мерзлого состояния грунтов:

1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта; 3 – деятельный слой; 4 – насыпной непучинистый грунт (пески средней крупности, крупные, крупнообломочные грунты, шлаки ) ; 5 – теплоизоляция; 6 – вентилируемое подполье; 7 – сваи; 8 – неотапливаемый 1-ый этаж; 9 – вентиляционные каналы; 10 – замораживающие колонки;

· Подсыпка применяется при вертикальной планировке территорий или устраивается под отдельными зданиями;

· Телпоизоляция в сочетании с другими методами для сооружений, занимающих небольшую площадь;

· Вентилируемые подполья – является основным и наиболее распространенным способом регулирования теплового влияния здания на температурный режим основания, открытые подполья имеют сообщение с наружной средой.

“ – “ В зимний период подполья заносятся снегом, а летом в них поступает теплый воздух, растепляющий основание. Кроме того, от этого возникает неблагоприятный температурный режим во внутренних помещениях 1-ого этажа.

В этом случае более эффективны подполья с регулируемым проветриваниемс продухами.

Зимой продухи открыты, а в летнее время их закрывают.

· Иногда роль вентилируемого подполья выполняют неотапливаемые помещения 1-ого этажа.

· Подсыпки с тубами воздушного охлаждения применяют, главным образом для тепловыделяющих зданий значительных, в плане, размеров. Трубы прокладывают в пределах насыпного слоя и выводятся наружу - в подполье или вблизи стен здания. Охлаждение основания достигается движением по трубам холодного наружного воздуха.

· Промораживающие колонки применяют для предпостроечного промораживания оснований, а также для последующего поддержания в основании заданного температурного режима.

Ø При использовании принципа II на вечномерзлых грунтах существуют два основных подхода

· Предпостроечное оттаивание. Для повышения температуры грунта наиболее часто используют игловое гидро- или парооттаивание, или электрический прогрев с применением электроосмоса и иглофильтрового понижения, оттаивание может быть произведено как в пределах всей площади застройки, так и под отдельными фундаментами, если это обосновано расчетом по деформациям.

· Оттаивание грунтов в процессе эксплуотации сооружений должно применятся с большой осторожностью и подкрепляться тщательным прогнозом температурного режима деформаций оттаивающего основания.

Фундамент на вечномерзлых грунтах

Строительство дома является весьма сложным и ответственным процессом. Некоторые постройки можно легко возводить своими руками, без привлечения специалистов. Но, бывают случаи, когда без помощи просто не обойтись. Прежде всего, это касается анализа почвы и выбор основания под здания. Дело в том, что строительство тех или иных сооружений на некоторых грунтах может составить некоторые сложности. В особенности это касается участков с вечномерзлыми грунтами.

Содержание статьи

Особенности вечномерзлой почвы

В вечномерзлых грунтах присутствуют льдо-цементные связи. Благодаря этому в период морозов такая почва обладает высокой прочностью. Но, когда температура начинает подниматься, эти связи постепенно разрушаются. В результате этого прочность грунта значительно падает. Количество воды в грунте резко увеличивается, что приводит к его разжижению. В таком состоянии почва становится неподходящей для строительства, не говоря уже о выдерживании веса от построенного здания.

Вечномерзлые грунты занимают довольно большую площадь. В результате этого ученые стали разрабатывать новые технологии, которые позволили бы возводить на них различные строения. Благодаря таким технологиям, уже несколько десятилетий участки с вечномерзлыми грунтами используются для строительства.

Что учесть при проектировании фундамента?

Каждое строительство начинается с составления проектной документации. Это позволяет учесть все нюансы и проблемы, которые могут возникнуть во время строительства. Когда речь идет о вечномерзлых грунтах, в процессе проектирования необходимо учесть:

Необходимо учесть все эти нюансы, то можно спроектировать и соорудить прочное основания под здание на вечномерзлых грунтах. В проектной документации в обязательном порядке должны присутствовать схемы геологического разреза с точными указаниями уровня грунтовых и поверхностных вод.

Разновидности фундаментов для вечной мерзлоты

Свайные фундаменты

При выборе фундамента для возведения дома на вечномерзлых грунтах стоит учесть глубину их залегания.

Если речь идет о свайном основании, то он обустраивается на глубине, которая на 2,5 м больше толщины промерзающего и оттаивающего грунта. Для всех остальных типов фундаментов разница будет составлять 1,3 м.

Для строительства зданий на вечномерзлых грунтах могут использоваться столбчатые фундаменты. Конечно, перед тем как приступать к работам, нужно провести некоторые расчеты. Согласно строительным нормам, вес здания должен быть достаточным, чтобы противостоять пучению грунта (читайте также подробную статью про пучинистые грунты). Как показывает практика, одноэтажные сооружения не удовлетворяют этому условию. Поэтому столбчатый фундамент рекомендовано использовать исключительно для строительства зданий в два и более этажа.

Столбчатые фундаменты

При строительстве столбчатого фундамента стоит учитывать, что его нужно правильно углубить. Особенность такого основания заключается в том, что на его возведение не нужны большие денежные затраты. Работы можно легко провести собственными руками, без использования дорогостоящих материалов и специальной техники.

Срок эксплуатации такой конструкции составляет 90 лет, но только при условии, что при строительстве будут выдержаны все требования.

Свайно-винтовая разновидность

На вечномерзлом типе грунта можно использовать свайно-винтовой фундамент. Его можно возводить в любое время года. Основным достоинством является прочность монтажа. Что касается недостатков, так это высокая стоимость фундамента.

Перед возведением конструкции проводят некоторые расчеты и испытания. Это позволяет определиться со следующим перечнем вопросов:

Если неправильно подобрать сваю по толщине, то при монтаже она может деформироваться, что негативно скажется на ее несущей способности.

Толщина стенки должна быть не меньше 4 мм. Использование таких материалов позволит соорудить прочное основание для многоэтажных сооружений. Чтобы снизить негативное влияние грунта на фундамент, его устраивают несколько ниже уровня замерзания.

Ленточные фундаменты

На вечномерзлых грунтах часто используют и незаглубленные ленточные фундаменты. Недостаток такого основания заключается в том, что оно не подходит для возведения тяжелых зданий. А это значит, что для строительства нельзя использовать кирпич и камень.

Оптимальным вариантом станут деревянные домики. Чтобы повысить несущую способность конструкции, специалисты рекомендуют использовать опоры из монолитных труб и столбов.

Вконтакте

Facebook

Twitter

LiveJournal

Одноклассники

Мой мир

Загрузка...

Технологии - Гидрогеоэкология

Госдума отклонит законопроект о сбросе очищенных сточных вод в водоемы курортных зон
06 декабря 2020
Комитет Госдумы по природным ресурсам, собственности и земельным отношениям дал отрицательное заключение  на внесенный Законодательным собранием Краснодарского края законопроект, разрешающий сброс очищенных сточных вод в реки и моря, расположенные в границах второй зоны округов санитарной (горно-санитарной) охраны лечебно-оздоровительных местностей и курортов.Нижней палате парламента рекомендовано отклонить данный законопроект в первом чтении.В...
В Счётной палате назвали источник загрязнения Волги
06 декабря 2020
Сброс загрязнённых сточных вод в Волгу с 1990-х годов снизился более чем вдвое, но на качество воды в реке это не повлияло, поскольку основной объём загрязняющих веществ попадает в неё диффузным стоком с сельхозполей, промплощадок, населённых пунктов, дорог, а этот источник является неконтролируемым, говорится в отчёте Счётной палаты РФ по итогам проверки реализации федерального проекта «Оздоровление Волги».Многолетние наблюдения свидетельствуют о...
Россия и Казахстан усилят сотрудничество в сфере геологии.
06 декабря 2020
Министр природных ресурсов и экологии Российской Федерации Александр Козлов и министр экологии, геологии и природных ресурсов Республики Казахстан Магзум Мирзагалиев подписали Меморандум о сотрудничестве в области геологии. "Геология – приоритетная сфера сотрудничества наших министерств. История взаимоотношений исчисляется десятилетиями. Это вопросы по разведке месторождений, изучение геологических запасов Казахстана, в том числе, с помощью...
Архангельские ученые исследуют Северную Двину в рамках контракта с МАГАТЭ
06 декабря 2020
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Лаверовский центр) развивает сотрудничество  с Международным агентством по атомной энергии. Причем работа связана не с ядерными исследованиями, а с мониторингом глобальных изменений климата.В МАГАТЭ озабочены этой экологической проблемой. Ее последствия – повышение уровня моря, нарушение гидрологического цикла, частые экстремальные погодные явления –...
Водоемы государственного музея-заповедника «Гатчина» восстановят в рамках нацпроекта «Экология»
06 декабря 2020
Росводресурсы вместе Комитетом по природным ресурсам Ленинградской области и представителями СМИ оценили ход мероприятий нацпроекта «Экология» в Государственном музее-заповеднике «Гатчина». На территории Гатчинского парка в рамках федерального проекта «Сохранение уникальных водных объектов» расчищают реку Тёплую, озеро Белое и Карпин пруд.«Гидросистема Гатчины – разветвленная многоступенчатая сеть прудов, рек, озер, каналов, ГТС уникального...

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет - Сибстрин

Федеральный проект «Новые возможности для каждого»

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) объявляет набор на безвозмездное обучение граждан в рамках федерального проекта «Новые возможности для каждого» национального проекта «Образование». Приглашаем сотрудников строительных организаций и предприятий, работников муниципальных учреждений, преподавателей высших учебных заведений, государственных служащих и иных заинтересованных лиц на обучение по следующим программам повышения квалификации

Ректор НГАСУ (Сибстрин) Ю.Л. Сколубович стал председателем Общественного совета при министерстве природных ресурсов и экологии Новосибирской области

11 декабря 2020 года в малом зале Правительства региона состоялось первое заседание нового состава Общественного совета при министерстве природных ресурсов и экологии Новосибирской области. Открыл заседание с вступительным словом министр природных ресурсов и экологии Новосибирской области А.А. Даниленко. Одним из вопросов повестки заседания стали выборы председателя Общественного совета. По итогам обсуждений члены Общественного совета при региональном минприроды единогласным решением выбрали председателем Совета ректора Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), Заслуженного эколога РФ Юрия Леонидовича Сколубовича.

Объявлен конкурс научных статей молодых ученых в журнал «Труды НГАСУ»

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) проводит Конкурс научных статей молодых ученых в журнал «Труды НГАСУ». Цель Конкурса – поддержка авторов и авторских коллективов перспективных научных исследований в области строительства и архитектуры, содействие профессиональному росту и поощрения творческой активности молодых исследователей в НГАСУ (Сибстрин). Участниками конкурса могут стать аспиранты и студенты НГАСУ (Сибстрин) любой формы и года обучения и штатные сотрудники вуза, не достигшие 35 лет на момент подачи заявления. В качестве конкурсных материалов принимаются рукописи научных статей по строительству и архитектуре, соответствующие тематике журнала, оформленные в соответствии с требованиями, направленные до 31 января 2021 г. включительно.

Студенты НГАСУ (Сибстрин) могут стать участниками Всероссийского конкурса социальных проектов «Инносоциум»

Дан старт третьему сезону Всероссийского конкурса социальных проектов «Инносоциум». Конкурс проводится при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российского союза ректоров. Цель конкурса – привлечь внимание к актуальным социально значимым проблемам и способам их решения, выявить и поощрить талантливых студентов к разработке и реализации социальных проектов, развить у них необходимые для этого навыки, а также распространить эффективный опыт социального проектирования в студенческой среде. Отборочный этап конкурса продлится до 31 января 2021 года. Студенты и студенческие коллективы со всей России могут заявить о своих проектах, заполнив электронную форму на сайте innosocium.ru. Критериями отбора проектов станут их социальная значимость и потенциал, оригинальность идеи, качество подачи, а также план продвижения и ожидаемый социальный эффект.

Устройство фундаментов на вечномерзлых грунтах » Строительство и ремонт: теория и практика


При эксплуатации жилых и промышленных зданий, имеющих внутри положительные температуры, происходит передача тепла на грунт, которое вызывает постепенное оттаивание мерзлых грунтов основания. Поэтому при строительстве зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах необходимо применять специальные методы устройства фундаментов.
В зависимости от свойств вечномерзлых грунтов, а также конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений строительство может вестись исходя из следующих двух принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений.
Принцип 1 — грунты основания используются в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации здания или сооружения (метод сохранения вечной мерзлоты).
Принцип 2 — грунты основания используются в оттаивающем состоянии, которое происходит в процессе эксплуатации зданий и сооружений, и в оттаявшем состоянии, которое произошло до начала строительства.
Принцип 1 может применяться для устройства фундаментов на любых мерзлых грунтах. Его целесообразно применять при значительной мощности мерзлого слоя (от 15 м и более), при устойчивом температурном режиме.
Сущность его заключается в том, что конструкция здания и метод устройства фундаментов позволяют уменьшить передачу тепла на грунт и сохранить грунты основания в мерзлом состоянии.
Для этой цели в здании устраиваются проветриваемые подполья высотой не менее 0,7—1 м (рис. 162—163), которые проветривают зимой и закрывают летом.
В промышленных зданиях с повышенным тепловыделением (котельные, горячие цехи и др.) иногда устраиваются неотапливаемые первые этажи.
Для промышленных зданий большой площади применяются подземные охлаждающие устройства в виде систем труб, каналов с газообразными или жидкостными хладоносителями.
Водопроводные, теплофикационные и канализационные сети укладываются в галереях, при этом устраивается тщательная термоизоляция труб и особенно вводов в здания.


Все работы, связанные с устройством фундаментов, рекомендуется проводить в зимнее время при отрицательных температурах. В летний период необходимо обеспечить сохранение мерзлого состояния грунта.
Второй принцип состоит в приспособлении конструкции фундамента и самого сооружения к неравномерным осадкам грунтов основания при их оттаивании и включает два метода: 1) конструктивный, который заключается в приспособлении фундаментов и надфундаментных конструкций к осадкам, возникающим при оттаивании грунтов в процессе эксплуатации зданий;
2) предпостроечного оттаивания и упрочнения основания.
В процессе эксплуатации здания под воздействием теплового обмена в пределах некоторой зоны происходит оттаивание грунта. Эта зона называется чашей оттаивания и может быть различных размеров. Учитывая, что протаивание под зданием может достигать больших величин и происходить неравномерно, по этому методу фундаменты возводятся на крупнообломочных или песчаных грунтах, которые при оттаивании под нагрузкой уплотняются, а не выдавливаются из-под подошвы фундамента и имеют предельное давление не ниже 1 кг/см2.
При проектировании здания определяют возможную осадку и в зависимости от ее величины применяют такие конструкции зданий, которые обеспечивают прочность их при неравномерных осадках. Для этого здания проектируются небольшими в плане и простыми по форме, устраиваются осадочные швы, применяются железобетонные пояса, в ряде случаев в уровне верхнего обреза фундаментов и на уровне окон предпоследнего этажа.
Второй метод рекомендуется для небольшой мощности мерзлых грунтов под подошвой сооружения (не более 5—7 м) и при залегании мерзлого грунта в виде отдельных островов. Если несущая способность оттаявших грунтов недостаточна, их нужно укрепить искусственно.
Оттаивание мерзлых грунтов может проходить естественным путем (под воздействием солнечного тепла), а также искусственным с помощью гидравлического или парового обогрева.
Для гидравлического оттаивания грунта строительную площадку, ограниченную валом, нужно залить слоем воды толщиной 2—3 м.

Для парового оттаивания в качестве источника пара применяют паровой котел. Пар вводится в грунт с помощью паровых игл. Таким способом удается оттаивать мерзлый грунт на глубину до 10 м. Фундаменты зданий, возводимых по этому методу, должны устраиваться с учетом особенностей талых грунтов.
Деревянные здания на маловлажных непучинистых грунтах, находящихся в мерзлом состоянии, устраивают на деревянных «стульях», подобных изображенному на рис. 89, а, или на «городках», т. е. на клетках, сложенных из трех-четырех рядов коротких отрезков бревен (рис. 164).
Для. многоэтажных зданий наиболее целесообразны железобетонные столбчатые фундаменты, имеющие меньшие поперечные сечения, чем ленточные. Вследствие этого в грунт проникает меньше тепла и он лучше сохраняется в мерзлом состоянии. В Норильске 3—4-этажные здания успешно строятся на железобетонных сваях, опущенных в буровые скважины. Сваи вмораживаются в грунт, не оттаивающий и летом.
Применение свай для устройства фундаментов в вечномерзлых грунтах значительно возросло в последние годы и показало надежность и экономичность подобных конструкций.
На рис. 165 показаны свайные фундаменты под промышленное здание с устройством проветриваемого подполья.

Погружение свай производится или в предварительно пробуренные скважины, в которых сваи после погружения заливаются шлаком, или в предварительно оттаянный грунте помощью паровой иглы.
После вмерзания в грунт свая приобретает высокую несущую способность и обеспечивает устойчивость зданий.

Строительство в вечной мерзлоте: опыт и инновации

Вечная мерзлота занимает две трети территории России и часто называется стратегическим ресурсом, ее топливной и энергетической базой. Есть предприятия, шахты и шахты. Строятся дороги, порты и аэродромы. Там, где строительство одного здания можно было бы назвать подвигом, есть города.

Мы обсуждаем технологии строительства на северных территориях, особенности арктических построек и роль энергоэффективных технологий для таких климатических условий с Рашидом Назировым, первым заместителем проректора по международным связям Сибирского федерального университета и Рашидом Назировым. Юрий Гончаров, ДЭнг, профессор, консультант Российской академии архитектуры и строительных наук и профессор кафедры гражданской архитектуры, оба активно участвовали в строительстве недвижимости за Полярным кругом.

Город на дальней стороне света

- Рашид Юрий, не могли бы Вы обозначить конкретные принципы строительства в условиях Крайнего Севера?

Р.Н .: Особых различий в технологиях строительства нет, но есть особенности. Все общие концепции конструкции основаны на фундаментальных законах физики. Во-первых, необходимо обеспечить устойчивую теплоизоляцию, то есть применение взвешенных структурных схем зданий, отсутствие тепловых байпасов, использование эффективных материалов и энергосберегающих технологий.И, конечно же, к подвалам предъявляются особые требования.

Ю.Г .: На ледяном панцире сложно что-то построить, да еще с изменяемой конструкцией. Поведение рыхлого гравия, глин и гальки в вечной мерзлоте непредсказуемо. Конструкции нагревают землю, на которой они построены, отсюда таяние и неизбежные осадки. Были случаи сноса построек в Чите, некоторые участки Балтийско-Амурской магистрали известны как нестабильные.В Канаде два небольших городка, построенные во время Второй мировой войны, остались заброшенными, когда вечная мерзлота вытащила здания из-под земли. Так что строительство в вечной мерзлоте возможно, только с учетом специальных мер по поддержанию постоянной температуры грунта.

Красноярск, Россия

- Что вы думаете о свайных конструкциях?

Р.Н .: Это один из способов. На Севере мы используем два метода строительства: свайно-опорный, который создает пространство между землей и подвалом для беспрепятственной вентиляции, и непосредственно на месте.Последний требует прочной теплоизоляции, чтобы земля оставалась в естественном состоянии.

Ю.Г .: На сегодняшний день передовая научная практика позволяет возводить здания в любых условиях. Есть много видов свай, например, буронабивные, разработанные специалистами из Красноярска. Благодаря этой технологии специальная шнековая установка просверливает отверстие в вечной мерзлоте, после чего внутрь закладывается армированный каркас, который затем бетонируется. Сейчас в промышленности используются современные бетонные смеси, которые при бетонировании не обмерзают.Раньше для установки свай грунт нужно было оттаивать месяцами пропариванием, бурение ускорило этот процесс.

Буронабивные сваи фундамента

- Кто первым применил методы строительства свайных конструкций на Севере? А когда это случилось?

Ю.Г .: В Якутии деревянные дома возводятся на деревянных чугунках десятилетиями и более. Но реализация конструкций крупнопанельных конструкций свайным методом относится к 60-м годам ХХ века.Одним из авторов метода был инженер Майкл Ким, бывший узник лагеря НорилГулаг, он изучал характеристики вечной мерзлоты в 30-е годы.

Строительство будущего города Норильска началось на каменистых грунтах, где не требовалось специальных фундаментов. В конце 30-х годов конструкторское бюро было сформировано из ссыльных архитекторов и инженеров. Никто не имел опыта строительства в условиях Крайнего Севера. В 60-е годы благодаря Майклу Киму, предложившему свайный метод, жилищное строительство в Норильске получило широкое распространение.В 1966 году десять архитекторов и строителей, в том числе Ким, были удостоены Ленинской премии, одной из высших наград СССР, «за разработку и внедрение принципиально новых методов промышленного строительства в условиях Крайнего Севера». Теперь их именем названа одна из улиц.

- Как вы работаете с инженерными коммуникациями в вечной мерзлоте?

Ю.Г .: В небольшом северном поселении линии прокладываются на поверхности, опираясь на сваи.Коммуникации в Норильске проложены на глубине 6 метров, в три раза глубже, чем в Красноярске. Канализационные трубы расположены на расстоянии, чтобы защитить землю под зданием от отопления. Если инженерные коммуникации проходят под дорогой, эту дорогу следует особенно тщательно очищать от снега, чтобы ветер мог охладить землю.

Строительство г. Норильск, 80-е годы

- Если говорить о сильных ветрах в Норильске, можно ли бороться с ними градостроительными методами?

г.G .: Сильный ветер и частые метели - постоянный северный вызов, с которым все время сталкиваются проектировщики и конструкторы. Погодные условия на Таймыре и в Норильске очень суровые. Скорость ветра 1 м / с понижает температуру человеческого восприятия на 2 градуса холоднее. Например, -40 C при ветре 18 м / с кажется почти -80 C! Только климат Антарктики превосходит местный климат. Кварталы в Норильске построены по схеме, чтобы максимально защитить здания и людей от ветра.Проходы между ними узкие для той же цели. Фасады и крыши здесь обычно простые, чтобы не было снежных заносов.

- Какие научные учреждения вели строительство на Крайнем Севере?

Ю.Г .: Строительство такого масштаба требовало постоянной научной поддержки. В 1957 году была создана Комплексная научно-исследовательская станция Якутии для проведения научно-исследовательских работ по строительству в условиях вечной мерзлоты.Также была создана специальная лаборатория по разработке техники строительных материалов. В 1962 году они объединились и стали Якутским отделением Красноярского НИИ строительства Архитектурно-строительной академии СССР. Я возглавлял его несколько лет назад. Сейчас институт известен как ПромстройНИИпроект, и его научные разработки по-прежнему востребованы.

Р.Н .: К сожалению, вынужден признать, что сегодня мы утратили традицию, передаваемую из поколения в поколение.Лишь немногие знают правильные техники. Строительные организации сейчас работают по регламенту, разработанному в советское время. В данной области не ведется никаких новых научных исследований, а иногда проект разрабатывают организации, которые имеют весьма смутные представления об объекте.

- Что вы можете сказать о темпах строительства на Севере в настоящее время? Многие уезжают из региона…

R.N .: В связи с продолжением разработки новых залежей и нефтяных месторождений в этом районе, динамика строительства всегда будет расти.Как Ванкорское месторождение способствует развитию Игарки. Это факт: за последние 1,5 года пассажиропоток в этом городе вырос в три раза. В Нижнем Приангарье есть проекты, которые помогают развитию Богучан. Это положительные факторы.

Строительство Байкало-Амурской магистрали

Ориентир

- Все крупные промышленные проекты связаны с энергетикой, по крайней мере, на Севере. Недавно был опубликован Закон об энергосбережении и энергоэффективности.Что это означает в общем смысле?

R.N .: Это связано с энергетическим кризисом 70-х годов, исходя из цен на масла. В США, например, вопрос энергоэффективности является приоритетным на уровне национальной безопасности. Несмотря на любые меры экономии, потребление энергии в секторе недвижимости ежегодно растет на 1,5-2%. Согласно результатам западных статистических исследований, ГЭС и АЭС останутся на одном уровне, а ресурсы нефтяной отрасли будут использоваться меньше.

- У нас есть такая статистика по России?

Р.Н .: Должны быть, но они еще не опубликованы. Разработка программ по энергоэффективности осуществляется на трех уровнях: федеральном, региональном и общественном. С начала 2010 года Закон вступил в силу, и у региональных властей был один год, чтобы обеспечить свои территории необходимым оборудованием для измерения потребления энергии.

Предприятия обязаны принимать дополнительные меры для улучшения теплоизоляции здания и рекуперации тепла.Государство сделало ориентир. Наш университет снизил потребление энергии на 3% за один год, а через 5 лет - на 15%. Конечно, соответственно уменьшится и федеральное финансирование электроснабжения. При проведении тендера на поставку продукции и услуг следует учитывать их энергоэффективность.

- Анализ климатических параметров населенных пунктов региона показывает, что Красноярск является наиболее благоприятным городом с точки зрения тепловой защиты, а значит, здесь стоимость строительства теплого дома ниже, чем в других.

Якутия, трубопровод

- Что такое энергоэффективные технологии?

Р.Н .: Прежде всего, автоматизированное регулирование температурного режима зданий и реализация альтернативных, в том числе возобновляемых, источников энергии (солнечные батареи и др.). Многие общественные здания позволяют сократить энергоснабжение в ночное время. Во-вторых, практика нового технического регламента по освещению, который требует отказа от использования ламп накаливания, позволяет снизить энергозатраты на освещение на 40%.В-третьих, это рекуперация тепла. Мы зря тратим мое тепло, когда заливаем горячую воду прямо в канализацию. По строительным нормам воздухообмен в час у нас такой же, как отопление зимой от -40С до + 21С. При больших размерах здания объем тепла становится активом, который можно использовать в качестве тепловой энергии. При реализации всего изложенного в Законе возможно снижение энергопотребления в ближайшие 5 лет с 15% до 40%.

Обосновано Севером

- Какие конкретно мероприятия по энергоэффективности в регионах Крайнего Севера?

р.N .: Все вышесказанное относится и к северным районам. Поскольку Север потребляет больше энергии, эта деятельность здесь очень важна. Расчетная температура при планировке домов в Москве -28, в Красноярске -40С и это не самая северная мера для строительства, в Богучарбах -46, в Игарке -49С, в Эвенкии -55С. Это измерение основано на средней температуре, основанной на пяти самых холодных днях в данной местности. Также различается период отопительного сезона, когда в Москве количество градусо-дней в Москве обычно составляет 4943, в Красноярске - 6575, в поселке Ессей - 11532.

- Как там экономить электроэнергию?

Р.Н .: Только с помощью новых технологий это возможно. Развивая новые отрасли, нам необходимо финансировать новые исследования и новые методы энергосбережения. Не надо стесняться адаптировать зарубежные технологии. В настоящее время ПромстройНИИпроект разрабатывает новую концепцию «Сибирской застройки». Реализуемый проект должен способствовать дальнейшему развитию энергосберегающих технологий.

- Как вы думаете, стоит ли жить на Севере? Разрабатывать минеральные ресурсы вахтовым методом проще, не правда ли?

Ю.Г .: Я считаю, что на Севере можно жить. А к морозу можно быстро приспособиться. В 1959 году я приехал с юга, из Дагестана, и оставался там на десятилетия. Моя семья сначала жила в Норильске в бараке (сарае) с удобствами на улице, затем 11 лет мы жили в доме со строгими удобствами.Но Север делает людей сильнее, и в этом есть свои преимущества.

Р.Н .: Нам нужно использовать наш уникальный опыт строительства на Крайнем Севере. Университет может предложить комплексные решения для многих проблем Полярного круга, делая жизнь более комфортной. Север Сибири содержит полезные ископаемые, необходимые человечеству. Глубокое исследование территории неизбежно, и мы должны быть к этому готовы.

.

Строительство на вечной мерзлоте - SLF

Строительство и обслуживание инфраструктуры на большой высоте - серьезная проблема. Экстремальные погодные условия, сложные геологические условия и природные опасности, такие как лавины и камнепады, - все это оказывает влияние на строительные площадки и здания. Там, где есть вечная мерзлота, земля часто содержит лед, который может расти, таять или ползать. Верхние слои вечной мерзлоты летом тают (активный слой), и вода накапливается на нижележащем льду. Эти процессы означают, что конструкция грунта и ее геотехнические свойства могут изменяться в течение срока службы построенной конструкции.Эта проблема усугубляется изменением климата и тепловым воздействием инфраструктуры на землю. Поэтому методы строительства должны быть скорректированы с учетом этого.

Инфраструктура на вечной мерзлоте

Сооружения, которые обычно встречаются в Швейцарских Альпах, включают станции горных железных дорог и канатных дорог, пилоны, рестораны, горные убежища, водопроводы, лавинные барьеры, средства связи, снежные навесы и железнодорожные пути. Они играют решающую роль в туризме, коммуникации, энергоснабжении и защите от стихийных бедствий.Следует применять специальные методы строительства и мониторинга, чтобы гарантировать устойчивость и безопасность такой инфраструктуры. Мы предлагаем практические советы по проектам строительства и реконструкции вечной мерзлоты и опубликовали практическое руководство под названием «Строительство на вечной мерзлоте» (на немецком языке). Кроме того, в нашем техническом руководстве «Защитные сооружения в зонах схода лавины» содержатся рекомендации по сооружению защитных сооружений на вечной мерзлоте.

.

Проектирование вечной мерзлоты - Основы вечной мерзлоты

Герасимов А.А. - доктор технических наук. Санкт-Петербург.

  • Осадимость и несущая способность мерзлого грунта
  • Фундаменты для холодных регионов
  • Фундаменты на морозостойком грунте
  • Фундаменты на оттаивающем грунте
  • Фундаменты мелкого заложения
  • Свайные фундаменты в мерзлых и талых грунтах
  • Проектирование фундаментов для холодных регионов
  • Строительство фундаментов на мерзлых грунтах
  • Тепловой режим мерзлого грунта
  • Проектирование фундаментов в вечной мерзлоте
  • Поведение системы «фундамент - конструкция»
  • Влияние глобального потепления
  • Надежность фундаментов в холодных регионах

Механика мерзлого грунта

Механика льда

Реология мерзлого грунта

свойства мерзлого грунта
  • Лабораторные и полевые исследования мерзлого грунта
  • Упругость мерзлого грунта
  • Реологические свойства грунта
  • Ползучесть мерзлых грунтов
  • Долгосрочная ул.
  • .

    Вечная мерзлота | геология | Британника

    Вечная мерзлота , многолетняя мерзлота, природный материал с температурой ниже 0 ° C (32 ° F) непрерывно в течение двух или более лет. Такой слой мерзлого грунта обозначают исключительно исходя из температуры. Часть или вся его влага может быть разморожена в зависимости от химического состава воды или снижения точки замерзания капиллярными силами. Например, вечная мерзлота с соленой почвенной влажностью может быть ниже 0 ° C в течение нескольких лет, но не содержит льда и, следовательно, не может быть прочно зацементирована.Однако большая часть вечной мерзлоты укреплена льдом.

    Вечная мерзлота без воды и, следовательно, без льда, называется сухой вечной мерзлотой. Верхняя поверхность вечной мерзлоты называется столбом вечной мерзлоты. В районах вечной мерзлоты поверхностный слой почвы, который промерзает зимой (сезонно промерзшая земля) и оттаивает летом, называется активным слоем. Толщина активного слоя зависит в основном от содержания влаги и варьируется от толщины менее фута во влажных органических отложениях до нескольких футов в хорошо дренированном гравии.

    Вечная мерзлота образуется и существует в климате, где средняя годовая температура воздуха составляет 0 ° C или ниже. Такой климат, как правило, характеризуется продолжительной холодной малоснежной зимой и коротким относительно сухим прохладным летом. Таким образом, вечная мерзлота широко распространена в Арктике, субарктике и Антарктиде. По оценкам, он составляет 20 процентов поверхности суши в мире.

    Зоны вечной мерзлоты

    Вечная мерзлота широко распространена в северной части Северного полушария, где она встречается на 85% территории Аляски, 55% территории России и Канады и, вероятно, на всей территории Антарктиды.Вечная мерзлота распространена шире и на севере простирается на большую глубину, чем на юге. Его толщина составляет 1500 метров (5000 футов) в северной Сибири, 740 метров в северной Аляске и постепенно уменьшается к югу.

    Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

    Большую часть вечной мерзлоты можно разделить на две широкие зоны; непрерывный и прерывистый, относящийся к боковой непрерывности вечной мерзлоты. В сплошной зоне крайнего севера вечная мерзлота присутствует почти везде, кроме не промерзающих до дна озер и рек.Прерывистая зона включает многочисленные участки, свободные от вечной мерзлоты, которые постепенно увеличиваются в размерах и количестве с севера на юг. Рядом с южной границей обнаружены лишь редкие участки вечной мерзлоты.

    Помимо того, что вечная мерзлота широко распространена в арктических и субарктических областях Земли, она также существует в более низких широтах и ​​на возвышенностях. Этот вид многолетней мерзлоты называют альпийской вечной мерзлотой. Хотя данных по высоким плато и горам мало, измерения, проведенные ниже активного поверхностного слоя, указывают на зоны, где температура 0 ° C или ниже сохраняется в течение двух или более лет.Самая большая площадь вечной мерзлоты в Альпах находится в западном Китае, где, как известно, существует 1 500 000 квадратных километров (580 000 квадратных миль) вечной мерзлоты. В прилегающих к США территориях вечная мерзлота в Альпах ограничена примерно 100 000 квадратных километров в высоких горах на западе. Вечная мерзлота встречается на высоте до 2500 метров в северных штатах и ​​примерно на 3500 метров в Аризоне.

    Уникальное явление вечной мерзлоты - не имеющее аналогов на суше - находится под Северным Ледовитым океаном, на северных континентальных шельфах Северной Америки и Евразии.Это известно как подводная или морская вечная мерзлота.

    Изучение вечной мерзлоты

    Хотя существование вечной мерзлоты было известно жителям Сибири на протяжении веков, ученые западного мира не принимали всерьез отдельные сообщения о большой толщине мерзлого грунта, существовавшей под северными лесами и лугами до 1836 года. Затем Александр Теодор фон Миддендорф измерил температуру на глубине около 100 метров вечной мерзлоты в Шаргинском валу, неудачно вырытом колодце для губернатора Российско-Аляскинской торговой компании в Якутске, и оценил толщину вечной мерзлоты в 215 метров.С конца 19 века российские ученые и инженеры активно изучали вечную мерзлоту и применяли результаты своих исследований при освоении севера России.

    Точно так же старатели и исследователи знали о вечной мерзлоте в северных регионах Северной Америки в течение многих лет, но только после Второй мировой войны ученые и инженеры в Соединенных Штатах начали систематические исследования вечномерзлых грунтов. и Канада. С тех пор, как в 1970-х годах началась серьезная эксплуатация огромных запасов нефти на северных континентальных шельфах, исследования вечной мерзлоты под водой продвинулись даже быстрее, чем исследования вечной мерзлоты на суше.

    Исследования вечной мерзлоты в Альпах начались с изучения каменных ледников в Альпах Швейцарии. Хотя было известно, что лед существует в каменных ледниках, только после Второй мировой войны геофизические исследования четко продемонстрировали медленное движение многолетнего льда, то есть вечной мерзлоты. В 1970-х и 1980-х годах в России, Китае и Скандинавии начались детальные геофизические работы, температура и исследование скважин вечной мерзлоты в горах, особенно в отношении строительства в высокогорных районах и на плато.

    Происхождение и устойчивость вечной мерзлоты

    Температура воздуха и температура земли

    В районах, где средняя годовая температура воздуха становится ниже 0 ° C, часть земли, промерзшей зимой, летом не оттаивает полностью; таким образом, слой вечной мерзлоты будет формироваться и каждый год будет постепенно расти вниз из сезонно мерзлого грунта. Слой вечной мерзлоты будет становиться толще каждую зиму, и его толщина будет контролироваться тепловым балансом между тепловым потоком из недр Земли и потоком тепла наружу в атмосферу.Этот баланс зависит от средней годовой температуры воздуха и геотермического градиента. Средний геотермальный градиент - это увеличение на 1 ° C (1,8 ° F) на каждые 30–60 метров глубины. В конце концов, сгущающийся слой вечной мерзлоты достигает равновесной глубины, на которой количество геотермального тепла, достигающего вечной мерзлоты, в среднем равно тому, которое теряется в атмосферу. Требуются тысячи лет, чтобы достичь состояния равновесия, при котором толщина вечной мерзлоты составляет сотни футов.

    Годовые колебания температуры воздуха от зимы к лету слабо отражаются в верхних нескольких метрах земли.Это колебание быстро уменьшается с глубиной, составляя всего несколько градусов на высоте 7,5 метров и едва заметное на расстоянии 15 метров. Уровень нулевой амплитуды, при котором колебания практически не обнаруживаются, составляет от 9 до 15 метров. Если вечная мерзлота находится в тепловом равновесии, температура на уровне нулевой амплитуды обычно считается минимальной температурой вечной мерзлоты. Ниже этой глубины температура постоянно увеличивается под воздействием тепла из недр Земли. Температура вечной мерзлоты на глубине минимального годового сезонного изменения колеблется от около 0 ° C на южной границе вечной мерзлоты до -10 ° C (14 ° F) на севере Аляски и -13 ° C (9 ° F) на северо-востоке Сибири. .

    По мере того, как климат становится холоднее или теплее, но при сохранении среднегодовой температуры ниже 0 ° C, температура вечной мерзлоты соответственно повышается или понижается, что приводит к изменениям положения основания вечной мерзлоты. Положение кровли вечной мерзлоты будет понижено в результате таяния, когда климат станет более теплым до средней годовой температуры воздуха выше 0 ° C. Скорость изменения основания или кровли вечной мерзлоты зависит не только от количества климатических колебаний, но также от количества льда в грунте и состава грунта, условий, которые частично контролируют геотермический градиент.Если известен геотермический градиент и если температура поверхности остается стабильной в течение длительного периода времени, то, следовательно, можно предсказать, зная среднегодовую температуру воздуха, толщину вечной мерзлоты в определенной области, удаленной от тел. воды.

    .

    Вечная мерзлота | геология | Британника

    Вечная мерзлота , многолетняя мерзлота, природный материал с температурой ниже 0 ° C (32 ° F) непрерывно в течение двух или более лет. Такой слой мерзлого грунта обозначают исключительно исходя из температуры. Часть или вся его влага может быть разморожена в зависимости от химического состава воды или снижения точки замерзания капиллярными силами. Например, вечная мерзлота с соленой почвенной влажностью может быть ниже 0 ° C в течение нескольких лет, но не содержит льда и, следовательно, не может быть прочно зацементирована.Однако большая часть вечной мерзлоты укреплена льдом.

    Вечная мерзлота без воды и, следовательно, без льда, называется сухой вечной мерзлотой. Верхняя поверхность вечной мерзлоты называется столбом вечной мерзлоты. В районах вечной мерзлоты поверхностный слой почвы, который промерзает зимой (сезонно промерзшая земля) и оттаивает летом, называется активным слоем. Толщина активного слоя зависит в основном от содержания влаги и варьируется от толщины менее фута во влажных органических отложениях до нескольких футов в хорошо дренированном гравии.

    Вечная мерзлота образуется и существует в климате, где средняя годовая температура воздуха составляет 0 ° C или ниже. Такой климат, как правило, характеризуется продолжительной холодной малоснежной зимой и коротким относительно сухим прохладным летом. Таким образом, вечная мерзлота широко распространена в Арктике, субарктике и Антарктиде. По оценкам, он составляет 20 процентов поверхности суши в мире.

    Зоны вечной мерзлоты

    Вечная мерзлота широко распространена в северной части Северного полушария, где она встречается на 85% территории Аляски, 55% территории России и Канады и, вероятно, на всей территории Антарктиды.Вечная мерзлота распространена шире и на севере простирается на большую глубину, чем на юге. Его толщина составляет 1500 метров (5000 футов) в северной Сибири, 740 метров в северной Аляске и постепенно уменьшается к югу.

    Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

    Большую часть вечной мерзлоты можно разделить на две широкие зоны; непрерывный и прерывистый, относящийся к боковой непрерывности вечной мерзлоты. В сплошной зоне крайнего севера вечная мерзлота присутствует почти везде, кроме не промерзающих до дна озер и рек.Прерывистая зона включает многочисленные участки, свободные от вечной мерзлоты, которые постепенно увеличиваются в размерах и количестве с севера на юг. Рядом с южной границей обнаружены лишь редкие участки вечной мерзлоты.

    Помимо того, что вечная мерзлота широко распространена в арктических и субарктических областях Земли, она также существует в более низких широтах и ​​на возвышенностях. Этот вид многолетней мерзлоты называют альпийской вечной мерзлотой. Хотя данных по высоким плато и горам мало, измерения, проведенные ниже активного поверхностного слоя, указывают на зоны, где температура 0 ° C или ниже сохраняется в течение двух или более лет.Самая большая площадь вечной мерзлоты в Альпах находится в западном Китае, где, как известно, существует 1 500 000 квадратных километров (580 000 квадратных миль) вечной мерзлоты. В прилегающих к США территориях вечная мерзлота в Альпах ограничена примерно 100 000 квадратных километров в высоких горах на западе. Вечная мерзлота встречается на высоте до 2500 метров в северных штатах и ​​примерно на 3500 метров в Аризоне.

    Уникальное явление вечной мерзлоты - не имеющее аналогов на суше - находится под Северным Ледовитым океаном, на северных континентальных шельфах Северной Америки и Евразии.Это известно как подводная или морская вечная мерзлота.

    Изучение вечной мерзлоты

    Хотя существование вечной мерзлоты было известно жителям Сибири на протяжении веков, ученые западного мира не принимали всерьез отдельные сообщения о большой толщине мерзлого грунта, существовавшей под северными лесами и лугами до 1836 года. Затем Александр Теодор фон Миддендорф измерил температуру на глубине около 100 метров вечной мерзлоты в Шаргинском валу, неудачно вырытом колодце для губернатора Российско-Аляскинской торговой компании в Якутске, и оценил толщину вечной мерзлоты в 215 метров.С конца 19 века российские ученые и инженеры активно изучали вечную мерзлоту и применяли результаты своих исследований при освоении севера России.

    Точно так же старатели и исследователи знали о вечной мерзлоте в северных регионах Северной Америки в течение многих лет, но только после Второй мировой войны ученые и инженеры в Соединенных Штатах начали систематические исследования вечномерзлых грунтов. и Канада. С тех пор, как в 1970-х годах началась серьезная эксплуатация огромных запасов нефти на северных континентальных шельфах, исследования вечной мерзлоты под водой продвинулись даже быстрее, чем исследования вечной мерзлоты на суше.

    Исследования вечной мерзлоты в Альпах начались с изучения каменных ледников в Альпах Швейцарии. Хотя было известно, что лед существует в каменных ледниках, только после Второй мировой войны геофизические исследования четко продемонстрировали медленное движение многолетнего льда, то есть вечной мерзлоты. В 1970-х и 1980-х годах в России, Китае и Скандинавии начались детальные геофизические работы, температура и исследование скважин вечной мерзлоты в горах, особенно в отношении строительства в высокогорных районах и на плато.

    Происхождение и устойчивость вечной мерзлоты

    Температура воздуха и температура земли

    В районах, где средняя годовая температура воздуха становится ниже 0 ° C, часть земли, промерзшей зимой, летом не оттаивает полностью; таким образом, слой вечной мерзлоты будет формироваться и каждый год будет постепенно расти вниз из сезонно мерзлого грунта. Слой вечной мерзлоты будет становиться толще каждую зиму, и его толщина будет контролироваться тепловым балансом между тепловым потоком из недр Земли и потоком тепла наружу в атмосферу.Этот баланс зависит от средней годовой температуры воздуха и геотермического градиента. Средний геотермальный градиент - это увеличение на 1 ° C (1,8 ° F) на каждые 30–60 метров глубины. В конце концов, сгущающийся слой вечной мерзлоты достигает равновесной глубины, на которой количество геотермального тепла, достигающего вечной мерзлоты, в среднем равно тому, которое теряется в атмосферу. Требуются тысячи лет, чтобы достичь состояния равновесия, при котором толщина вечной мерзлоты составляет сотни футов.

    Годовые колебания температуры воздуха от зимы к лету слабо отражаются в верхних нескольких метрах земли.Это колебание быстро уменьшается с глубиной, составляя всего несколько градусов на высоте 7,5 метров и едва заметное на расстоянии 15 метров. Уровень нулевой амплитуды, при котором колебания практически не обнаруживаются, составляет от 9 до 15 метров. Если вечная мерзлота находится в тепловом равновесии, температура на уровне нулевой амплитуды обычно считается минимальной температурой вечной мерзлоты. Ниже этой глубины температура постоянно увеличивается под воздействием тепла из недр Земли. Температура вечной мерзлоты на глубине минимального годового сезонного изменения колеблется от около 0 ° C на южной границе вечной мерзлоты до -10 ° C (14 ° F) на севере Аляски и -13 ° C (9 ° F) на северо-востоке Сибири. .

    По мере того, как климат становится холоднее или теплее, но при сохранении среднегодовой температуры ниже 0 ° C, температура вечной мерзлоты соответственно повышается или понижается, что приводит к изменениям положения основания вечной мерзлоты. Положение кровли вечной мерзлоты будет понижено в результате таяния, когда климат станет более теплым до средней годовой температуры воздуха выше 0 ° C. Скорость изменения основания или кровли вечной мерзлоты зависит не только от количества климатических колебаний, но также от количества льда в грунте и состава грунта, условий, которые частично контролируют геотермический градиент.Если известен геотермический градиент и если температура поверхности остается стабильной в течение длительного периода времени, то, следовательно, можно предсказать, зная среднегодовую температуру воздуха, толщину вечной мерзлоты в определенной области, удаленной от тел. воды.

    .

    Предупреждение об «обрушении» зданий в городах с вечной мерзлотой Сибири в ближайшие 35 лет

    «Несущая способность» ранее твердого грунта ослабевает, и как жилые, так и промышленные сооружения всех видов «рушатся». Фото: krestalex.ru

    Новое крупное академическое исследование предупредило о риске для зданий в городских районах в зоне вечной мерзлоты России, вызванном изменением климата. Согласно российско-американскому анализу, наихудший сценарий может привести к «снижению несущей способности всей вечной мерзлоты к 2050 году на 75-95%».

    Авторы заключают: «Это может иметь разрушительные последствия для городов, построенных на вечной мерзлоте». Таяние вечной мерзлоты «потенциально может привести к деформации и разрушению конструкций».

    В рамках исследования подробно изучены четыре сибирских города и все они находятся на 63% территории России, покрытой вечной мерзлотой.

    В ходе исследования были изучены четыре сибирских города: Салехард, Норильск, Якутск и Анадырь. Картина: The Siberian Times

    Эти местоположения были иллюстративными - и потенциальная угроза для зданий распространяется на города по всему региону, потому что «несущая способность» до сих пор твердого грунта ослабевает, и как жилые, так и промышленные сооружения всех видов сталкиваются с «обрушением».

    'В среднем самые быстрые изменения прогнозируются в Салехарде и Анадыре. Здесь несущая способность может снизиться до критического уровня к середине 2020-х годов.

    «В Якутске и Норильске критическое снижение несущей способности, вызванное климатом, ожидается примерно в 2040-х годах».





    Обрушение угла дома в центре Якутска в 1999 году, на фото Михаил Григорьев. Трещины в зданиях в центре Якутска, обнаруженные в 2015-2016 годах на фото The Siberian Times и Corvair

    Ученые, работа которых финансировалась Российским научным фондом и Национальным научным фондом США, подчеркивают, что «высокая неопределенность» в «климатических прогнозах» не позволяет делать окончательные выводы, и предлагают шесть различных сценариев скорости изменений.

    Тем не менее, они подчеркнули, что новые методы строительства должны учитывать изменения вечной мерзлоты под городами.

    «Наш анализ показывает, что вызванные климатом изменения вечной мерзлоты могут потенциально подорвать структурную устойчивость фундаментов, что указывает на очевидную необходимость принятия строительных норм и правил для регионов вечной мерзлоты, которые учитывают прогнозируемые изменения климата».



    Салехард, столица Ямала, может столкнуться с серьезными проблемами в середине 2020-х годов. Фотографии: The Siberian Times

    Многочисленные исследования показывают, что темпы потепления российской Арктики составляют примерно 0.12C в год - «значительно быстрее, чем в среднем в мире», утверждают авторы. Согласно более «консервативным» прогнозам, «несущая способность» все равно снизится менее чем на 25%.

    «Такое изменение не должно существенно повлиять на хорошо спроектированные конструкции», - говорится в исследовании, подразумевая, что менее качественные конструкции будут подорваны.





    Под яркими красками Анадырь скрывает трещины и пятна.Фотографии: yo.ru, Евгений Басов

    «Изменение климата и стабильность городской инфраструктуры в регионах вечной мерзлоты России ...» был написан Николаем I Шикломановым, Дмитрием А. Стрелецким, Тимоти Б. Свалесом (все они связаны с Университетом Джорджа Вашингтона) и Василием Кокоревым, аффилированным с государством. Гидрологический институт, Санкт-Петербург. Д.А. Стрелецкий также является сотрудником Тюменского института криосферы Земли Сибирского отделения Российской академии наук, а Н.И. Шикломанов также является сотрудником Тюменского государственного нефтегазового университета в Тюмени.

    Исследование было опубликовано в журнале "Географическое обозрение" Американского географического общества Нью-Йорка , 4 октября 2016 г.

    «В Норильске критическое снижение несущей способности, вызванное климатом, ожидается примерно в 2040-х годах». Фотографии: The Siberian Times



    .

    Смотрите также